電子發(fā)燒友網(wǎng)按：工程師在進(jìn)行電子設(shè)計(jì)方案過(guò)程中越來(lái)越不能忽視EMC/EMI規(guī)范化設(shè)計(jì)了，它需要工程師在設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)！在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，主要針對(duì)產(chǎn)品需要滿足EMC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計(jì)方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計(jì)方案，另外對(duì)屏蔽體之間的搭接設(shè)計(jì)，縫隙設(shè)計(jì)考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。 為幫助工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中排憂解難，電子發(fā)燒友網(wǎng)特整合優(yōu)質(zhì)資源推出《工程師EMC設(shè)計(jì)方案攻略》技術(shù)系列文章，其余章節(jié)將會(huì)陸續(xù)發(fā)布，敬請(qǐng)廣大工程師關(guān)注和留意！

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　　1引言

　　混合集成電路(Hybrid Integrated Circuit)是由半導(dǎo)體集成工藝與厚(薄)膜工藝結(jié)合而制成的集成電路?；旌霞呻娐肥窃诨嫌贸赡し椒ㄖ谱骱衲せ虮∧ぴ捌浠ミB線,并在同一基片上將分立的半導(dǎo)體芯片、單片集成電路或微型元件混合組裝,再外加封裝而成。具有組裝密度大、可靠性高、電性能好等特點(diǎn)。

　　隨著電路板尺寸變小、布線密度加大以及工作頻率的不斷提高,電路中的電磁干擾現(xiàn)象也越來(lái)越突出,電磁兼容問(wèn)題也就成為一個(gè)電子系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　2電磁兼容原理

　　電磁兼容是指電子設(shè)備和電源在一定的電磁干擾環(huán)境下正?？煽抗ぷ鞯哪芰?同時(shí)也是電子設(shè)備和電源限制自身產(chǎn)生電磁干擾和避免干擾周圍其它電子設(shè)備的能力。

　　任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件:首先要具備干擾源,也就是產(chǎn)生有害電磁場(chǎng)的裝置或設(shè)備;其次是要具有傳播干擾的途徑,通常認(rèn)為有兩種方式:傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式,第三是要有易受干擾的敏感設(shè)備。因此,解決電磁兼容性問(wèn)題應(yīng)針對(duì)電磁干擾的三要素,逐一進(jìn)行解決:減小干擾發(fā)生元件的干擾強(qiáng)度;切斷干擾的傳播途徑;降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感程度。

　　混合集成電路設(shè)計(jì)中存在的電磁干擾有:傳導(dǎo)干擾、串音干擾以及輻射干擾。在解決EMI問(wèn)題時(shí),首先應(yīng)確定發(fā)射源的耦合途徑是傳導(dǎo)的、輻射的,還是串音。如果一個(gè)高幅度的瞬變電流或快速上升的電壓出現(xiàn)在靠近載有信號(hào)的導(dǎo)體附近,電磁干擾的問(wèn)題主要是串音。如果干擾源和敏感器件之間有完整的電路連接,則是傳導(dǎo)干擾。而在兩根傳輸高頻信號(hào)的平行導(dǎo)線之間則會(huì)產(chǎn)生輻射干擾。

　　3電磁兼容設(shè)計(jì)

　　在混合集成電路電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)首先要做功能性檢驗(yàn),在方案已確定的電路中檢驗(yàn)電磁兼容性指標(biāo)能否滿足要求,若不滿足就要修改參數(shù)來(lái)達(dá)到指標(biāo),如發(fā)射功率、工作頻率、重新選擇器件等。其次是做防護(hù)性設(shè)計(jì),包括濾波、屏蔽、接地與搭接設(shè)計(jì)等。第三是做布局的調(diào)整性設(shè)計(jì),包括總體布局的檢驗(yàn),元器件及導(dǎo)線的布局檢驗(yàn)等。通常,電路的電磁兼容性設(shè)計(jì)包括:工藝和部件的選擇、電路布局及導(dǎo)線的布設(shè)等。

　　3.1工藝和部件的選取

　　混合集成電路有三種制造工藝可供選擇,單層薄膜、多層厚膜和多層共燒厚膜。薄膜工藝能夠生產(chǎn)高密度混合電路所需的小尺寸、低功率和高電流密度的元器件,具有高質(zhì)量、穩(wěn)定、可靠和靈活的特點(diǎn),適合于高速高頻和高封裝密度的電路中。但只能做單層布線且成本較高。多層厚膜工藝能夠以較低的成本制造多層互連電路, 從電磁兼容的角度來(lái)說(shuō),多層布線可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因?yàn)榭梢栽O(shè)置專門(mén)的電源層和地層,使信號(hào)與地線之間的距離僅為層間距離。這樣,板上所有信號(hào)的回路面積就可以降至最小,從而有效減小差模輻射。

　　其中多層共燒厚膜工藝具有更多的優(yōu)點(diǎn),是目前無(wú)源集成的主流技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)更多層的布線,易于內(nèi)埋元器件,提高組裝密度,具有良好的高頻特性和高速傳輸特性。此外,與薄膜技術(shù)具有良好的兼容性,二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層電路。

　　混合電路中的有源器件一般選用裸芯片,沒(méi)有裸芯片時(shí)可選用相應(yīng)的封裝好的芯片,為得到最好的EMC特性,盡量選用表貼式芯片。選擇芯片時(shí)在滿足產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的前提下,盡量選用低速時(shí)鐘。在HC能用時(shí)絕不使用AC,CMOS4000能行就不用HC。電容應(yīng)具有低的等效串聯(lián)電阻,這樣可以避免對(duì)信號(hào)造成大的衰減。

　　混合電路的封裝可采用可伐金屬的底座和殼蓋,平行縫焊,具有很好的屏蔽作用。

　　3.2電路的布局

　　在進(jìn)行混合微電路的布局劃分時(shí),首先要考慮三個(gè)主要因素:輸入/輸出引腳的個(gè)數(shù),器件密度和功耗。一個(gè)實(shí)用的規(guī)則是片狀元件所占面積為基片的20%,每平方英寸耗散功率不大于2W。

　　在器件布置方面,原則上應(yīng)將相互有關(guān)的器件盡量靠近,將數(shù)字電路、模擬電路及電源電路分別放置,將高頻電路與低頻電路分開(kāi)。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。對(duì)時(shí)鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應(yīng)單獨(dú)安排,遠(yuǎn)離敏感電路。輸入輸出芯片要位于接近混合電路封裝的I/O出口處。

　　高頻元器件盡可能縮短連線,以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾,易受干擾元器件不能相互離得太近,輸入輸出盡量遠(yuǎn)離。震蕩器盡可能靠近使用時(shí)鐘芯片的位置,并遠(yuǎn)離信號(hào)接口和低電平信號(hào)芯片。元器件要與基片的一邊平行或垂直,盡可能使元器件平行排列,這樣不僅會(huì)減小元器件之間的分布參數(shù),也符合混合電路的制造工藝,易于生產(chǎn)。

　　在混合電路基片上電源和接地的引出焊盤(pán)應(yīng)對(duì)稱布置,最好均勻地分布許多電源和接地的I/O連接。裸芯片的貼裝區(qū)連接到最負(fù)的電位平面。

　　在選用多層混合電路時(shí),電路板的層間安排隨著具體電路改變,但一般具有以下特征。

　　(1)電源和地層分配在內(nèi)層,可視為屏蔽層,可以很好地抑制電路板上固有的共模RF干擾,減小高頻電源的分布阻抗。

　　(2)板內(nèi)電源平面和地平面盡量相互鄰近,一般地平面在電源平面之上,這樣可以利用層間電容作為電源的平滑電容,同時(shí)接地平面對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。

　　(3)布線層應(yīng)盡量安排與電源或地平面相鄰以產(chǎn)生通量對(duì)消作用。

　　3.3導(dǎo)線的布局

　　在電路設(shè)計(jì)中,往往只注重提高布線密度,或追求布局均勻,忽視了線路布局對(duì)預(yù)防干擾的影響,使大量的信號(hào)輻射到空間形成干擾,可能會(huì)導(dǎo)致更多的電磁兼容問(wèn)題。因此,良好的布線是決定設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

　　3.3.1地線的布局

　　地線不僅是電路工作的電位參考點(diǎn),還可以作為信號(hào)的低阻抗回路。地線上較常見(jiàn)的干擾就是地環(huán)路電流導(dǎo)致的地環(huán)路干擾。解決好這一類干擾問(wèn)題,就等于解決了大部分的電磁兼容問(wèn)題。地線上的噪音主要對(duì)數(shù)字電路的地電平造成影響,而數(shù)字電路輸出低電平時(shí),對(duì)地線的噪聲更為敏感。地線上的干擾不僅可能引起電路的誤動(dòng)作,還會(huì)造成傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。因此,減小這些干擾的重點(diǎn)就在于盡可能地減小地線的阻抗(對(duì)于數(shù)字電路,減小地線電感尤為重要)。

　　地線的布局要注意以下幾點(diǎn):

　　(1)根據(jù)不同的電源電壓,數(shù)字電路和模擬電路分別設(shè)置地線。

　　(2)公共地線盡可能加粗。在采用多層厚膜工藝時(shí),可專門(mén)設(shè)置地線面,這樣有助于減小環(huán)路面積,同時(shí)也降低了接受天線的效率。并且可作為信號(hào)線的屏蔽體。

　　(3)應(yīng)避免梳狀地線,這種結(jié)構(gòu)使信號(hào)回流環(huán)路很大,會(huì)增加輻射和敏感度,并且芯片之間的公共阻抗也可能造成電路的誤操作。

　　(4)板上裝有多個(gè)芯片時(shí),地線上會(huì)出現(xiàn)較大的電位差,應(yīng)把地線設(shè)計(jì)成封閉環(huán)路,提高電路的噪聲容限。

　　(5)同時(shí)具有模擬和數(shù)字功能的電路板,模擬地和數(shù)字地通常是分離的,只在電源處連接。

　　3.3.2電源線的布局

　　一般而言,除直接由電磁輻射引起的干擾外,經(jīng)由電源線引起的電磁干擾最為常見(jiàn)。因此電源線的布局也很重要,通常應(yīng)遵守以下規(guī)則。

　　(1)電源線盡可能靠近地線以減小供電環(huán)路面積,差模輻射小,有助于減小電路交擾。不同電源的供電環(huán)路不要相互重疊。

　　(2)采用多層工藝時(shí),模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi),避免相互干擾。不要把數(shù)字電源與模擬電源重疊放置,否則就會(huì)產(chǎn)生耦合電容,破壞分離度。

　　(3)電源平面與地平面可采用完全介質(zhì)隔離,頻率和速度很高時(shí),應(yīng)選用低介電常數(shù)的介質(zhì)漿料。電源平面應(yīng)靠近接地平面,并安排在接地平面之下,對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。

　　(4)芯片的電源引腳和地線引腳之間應(yīng)進(jìn)行去耦。去耦電容采用0.01uF的片式電容,應(yīng)貼近芯片安裝,使去耦電容的回路面積盡可能減小。

　　(5)選用貼片式芯片時(shí),盡量選用電源引腳與地引腳靠得較近的芯片,可以進(jìn)一步減小去耦電容的供電回路面積,有利于實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

　　3.3.3信號(hào)線的布局

　　在使用單層薄膜工藝時(shí),一個(gè)簡(jiǎn)便適用的方法是先布好地線,然后將關(guān)鍵信號(hào),如高速時(shí)鐘信號(hào)或敏感電路靠近它們的地回路布置,最后對(duì)其它電路布線。信號(hào)線的布置最好根據(jù)信號(hào)的流向順序安排,使電路板上的信號(hào)走向流暢。

　　如果要把EMI減到最小,就讓信號(hào)線盡量靠近與它構(gòu)成的回流信號(hào)線,使回路面積盡可能小,以免發(fā)生輻射干擾。低電平信號(hào)通道不能靠近高電平信號(hào)通道和無(wú)濾波的電源線,對(duì)噪聲敏感的布線不要與大電流、高速開(kāi)關(guān)線平行。如果可能,把所有關(guān)鍵走線都布置成帶狀線。不相容的信號(hào)線(數(shù)字與模擬、高速與低速、大電流與小電流、高電壓與低電壓等)應(yīng)相互遠(yuǎn)離,不要平行走線。信號(hào)間的串?dāng)_對(duì)相鄰平行走線的長(zhǎng)度和走線間距極其敏感,所以盡量使高速信號(hào)線與其它平行信號(hào)線間距拉大且平行長(zhǎng)度縮小。

　　導(dǎo)帶的電感與其長(zhǎng)度和長(zhǎng)度的對(duì)數(shù)成正比,與其寬度的對(duì)數(shù)成反比。因此,導(dǎo)帶要盡可能短,同一元件的各條地址線或數(shù)據(jù)線盡可能保持長(zhǎng)度一致,作為電路輸入輸出的導(dǎo)線盡量避免相鄰平行,最好在之間加接地線,可有效抑制串?dāng)_。低速信號(hào)的布線密度可以相對(duì)大些,高速信號(hào)的布線密度應(yīng)盡量小。

　　在多層厚膜工藝中,除了遵守單層布線的規(guī)則外還應(yīng)注意:

　　盡量設(shè)計(jì)單獨(dú)的地線面,信號(hào)層安排與地層相鄰。不能使用時(shí),必須在高頻或敏感電路的鄰近設(shè)置一根地線。分布在不同層上的信號(hào)線走向應(yīng)相互垂直,這樣可以減少線間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合干擾;同一層上的信號(hào)線保持一定間距,最好用相應(yīng)地線回路隔離,減少線間信號(hào)串?dāng)_。每一條高速信號(hào)線要限制在同一層

　　上。信號(hào)線不要離基片邊緣太近,否則會(huì)引起特征阻抗變化,而且容易產(chǎn)生邊緣場(chǎng),增加向外的輻射。

　　3.3.4時(shí)鐘線路的布局

　　時(shí)鐘電路在數(shù)字電路中占有重要地位,同時(shí)又是產(chǎn)生電磁輻射的主要來(lái)源。一個(gè)具有2ns上升沿的時(shí)鐘信號(hào)輻射能量的頻譜可達(dá)160MHz。因此設(shè)計(jì)好時(shí)鐘電路是保證達(dá)到整個(gè)電路電磁兼容的關(guān)鍵。關(guān)于時(shí)鐘電路的布局,有以下注意事項(xiàng):

　　(1)不要采用菊花鏈結(jié)構(gòu)傳送時(shí)鐘信號(hào),而應(yīng)采用星型結(jié)構(gòu),即所有的時(shí)鐘負(fù)載直接與時(shí)鐘功率驅(qū)動(dòng)器相互連接。

　　(2)所有連接晶振輸入/輸出端的導(dǎo)帶盡量短,以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)晶振的影響。

　　(3)晶振電容地線應(yīng)使用盡量寬而短的導(dǎo)帶連接至器件上;離晶振最近的數(shù)字地引腳,應(yīng)盡量減少過(guò)孔。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　本文詳細(xì)闡述了混合集成電路電磁干擾產(chǎn)生的原因,并結(jié)合混合集成電路的工藝特點(diǎn)提出了系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和采取的具體措施,為提高混合集成電路的電磁兼容性奠定了基礎(chǔ)。

　　文章創(chuàng)新點(diǎn):從提高系統(tǒng)電磁兼容性出發(fā),結(jié)合混合集成電路工藝特點(diǎn),提出了在混合集成電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和采取的具體措施。

二、醫(yī)療儀器設(shè)備中的EMC解決方案

　　隨著醫(yī)療儀器設(shè)備現(xiàn)代化程度的進(jìn)一步提高，各種運(yùn)行的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的條件下會(huì)對(duì)運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。

????????1.1干擾的方式

　　干擾分為差模干擾、共模干擾和串模干擾。差模干擾又叫常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾，它是指疊加在線路電壓正弦波上的干擾，是載流導(dǎo)體之間的干擾。如電網(wǎng)的過(guò)欠壓、瞬態(tài)突變、尖峰等。共模干擾又叫縱模干擾、不對(duì)稱干擾和接地干擾，它是指產(chǎn)生于電網(wǎng)與零線之間的干擾，是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾，是由輻射或干擾耦合到電路中來(lái)的。如尖峰干擾、射頻干擾、零線與地線間的穩(wěn)態(tài)電壓等。串模干擾是指外界磁場(chǎng)電場(chǎng)引起的干擾。

　　1.2干擾的類型

　　現(xiàn)在生產(chǎn)的所有電子設(shè)備都包含電磁干擾濾波電路。同樣，所有開(kāi)關(guān)型電源都有內(nèi)部的電磁干擾濾波器。但是，在有些環(huán)境中，這些電子器件的電磁干擾濾波器需要輔助濾波器，以便滿足更加苛刻的電噪聲管制或者保護(hù)器件免受過(guò)多的外部噪聲源干擾。

　　電源干擾的類型包括電壓降落、失電、頻率偏移、電氣噪聲、浪涌、諧波失真和瞬變等。

　　l.3干擾對(duì)醫(yī)療儀器設(shè)備的影響

　　心腦電圖機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷儀、針灸電療儀或銀針直接接觸人體的儀器設(shè)備等，特別是檢測(cè)人體生物電信號(hào)的儀器設(shè)備，由于信號(hào)非常的微弱，如果受到干擾，就會(huì)在檢測(cè)結(jié)果如波形、圖形、圖像上疊加一種類似于某些病變的畸變?cè)斐烧`診，同時(shí)還會(huì)引起微電擊，嚴(yán)重時(shí)還有生命危險(xiǎn)。如果是帶有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備，當(dāng)共模干擾中的尖峰干擾幅度達(dá)到2V～50V，時(shí)間持續(xù)數(shù)微秒時(shí)，可引起計(jì)算機(jī)邏輯錯(cuò)誤、丟失等。

　　2抑制干擾的常用方法

　　2.1接地

　　在闡述接地之前，必須弄清地線與零錢(qián)、保護(hù)接地和保護(hù)接零的基本概念。即：地線是指連接地球通向大地的金屬連接線，而零線是我國(guó)電力部門(mén)提供的工作線路;保護(hù)接地是將儀器設(shè)備的金屬外殼接上地線，在外殼由于干擾引起帶電時(shí)，電流沿地線流入大地，達(dá)到保護(hù)人身和儀器設(shè)備安全的目的。而保護(hù)接零是將儀器設(shè)備的金屬外殼與電源的零線連接起來(lái)，在短路時(shí)，立即燒斷保險(xiǎn)，以達(dá)到切斷電源的目的。

　　2.1.1儀器設(shè)備的信號(hào)接地

　?、俑〉匕央娐返摹傲恪彪娢换蛟O(shè)備的“零”電位與公共接地系統(tǒng)，或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線絕緣，即不接地，使此“零”電位相對(duì)于大地的零電位來(lái)說(shuō)是個(gè)懸空的“零”電位。常用的方法有變壓器隔離和光電耦合隔離。浮地的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是靜電積累。當(dāng)電荷積累到一定程度后，在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈地靜電放電，而成為破壞性很強(qiáng)的騷擾源。解決的方法是在浮地與公共地間跨接泄放電阻、阻值的大小以不影響設(shè)備漏電流的要求為宜。

　　②單點(diǎn)接地電路和設(shè)備中凡需要接地的點(diǎn)都接到被定義的只有一個(gè)物理點(diǎn)為接地參考點(diǎn)的點(diǎn)上就稱為單點(diǎn)接地。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)如果采用單點(diǎn)接地，每個(gè)設(shè)備都要有自己的單點(diǎn)接地點(diǎn)，然后各設(shè)備的地再與系統(tǒng)中唯一指定的參考接地點(diǎn)相接。缺點(diǎn)是系統(tǒng)工作頻率很高時(shí)呈某種電抗效應(yīng)，引起接地效果不佳。

　?、鄱帱c(diǎn)接地多點(diǎn)接地是指設(shè)備中凡需接地的點(diǎn)，都直接接到離它最近的接地平面上。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，高頻駐波小。缺點(diǎn)是維護(hù)量較大。

　?、芑旌辖拥丶瘑吸c(diǎn)和多點(diǎn)接地之長(zhǎng)，把需要就近接地的點(diǎn)，就近直接與接地平面相連或?qū)π枰哳l接地的點(diǎn)，通過(guò)旁路電容與接地平面相連接，其余各點(diǎn)均采用單點(diǎn)接地。流通信號(hào)波長(zhǎng)低于0.05λ時(shí)采用單點(diǎn)接地，接地線長(zhǎng)度達(dá)到0.05λ以上的就應(yīng)采用多點(diǎn)接地。

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　　2.2屏蔽

　　為了有效地抑制設(shè)備內(nèi)、外部的輻射電磁能通過(guò)空間傳播的電磁干擾，通常采取的措施，是屏蔽。具體有電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)屏蔽三種。實(shí)踐證明：對(duì)帶有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的儀器設(shè)備，采用屏蔽計(jì)算機(jī)主機(jī)的方法對(duì)電磁干擾和靜電產(chǎn)生的干擾有很好的抑制作用。用不同的屏蔽方式和材料其效果也各不相同。

　　2.2.1電場(chǎng)屏蔽

　　儀器設(shè)備中電位不同物體間的相互感應(yīng)可看成是分布電容間的電壓分配。為了減少干擾源對(duì)被感應(yīng)物的干擾，通常采取的措施是：增大干擾源與被感應(yīng)物的距離，減小分布電容;盡可能讓被感應(yīng)物貼近接地板，增大其對(duì)地的電容;在兩者間加入金屬屏蔽層。屏蔽層必須是導(dǎo)電良好的導(dǎo)體，要有足夠的強(qiáng)度，接地要好。例如心腦電圖機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、針灸電療儀或銀針直接接觸人體的儀器設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離超短波治療機(jī)、高頻電刀、X射線機(jī)、CT、MRI及一切能輻射電磁波的醫(yī)療設(shè)備的輻射區(qū)內(nèi)，X線機(jī)的高壓電纜屏蔽層的重要性。

　　2.2.2磁場(chǎng)屏蔽

　　磁場(chǎng)屏蔽是指對(duì)直流或低頻磁場(chǎng)的屏蔽。其屏蔽原理是利用屏蔽體的高導(dǎo)磁率、低磁阻特性對(duì)磁通所起的磁分路作用，從而削弱屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)。為了減少屏蔽體的磁阻，所用材料必須是高導(dǎo)磁率的，有一定的厚度的材料。被屏蔽物要盡量放在屏蔽體的中心位置，注意縫隙。通風(fēng)孔等要順著磁場(chǎng)方向分布，電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來(lái)，使其外部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施;或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來(lái)，使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施。

　　2.2.3電磁場(chǎng)屏蔽

　　該電路包括耦合至次級(jí)繞組中一匝的一反相裝置，用于產(chǎn)生與從所述次級(jí)繞組感應(yīng)至陽(yáng)極的一電壓信號(hào)的相位相反的相位;一振蕩裝置，用于振蕩從所述反相裝置的輸出節(jié)點(diǎn)輸出的電壓信號(hào)并使經(jīng)振蕩的信號(hào)與所述高電壓在電平上相匹配;以及一電磁場(chǎng)發(fā)生裝置，用于施加從所述振蕩裝置的輸出節(jié)點(diǎn)輸出的一電壓信號(hào)，產(chǎn)生一電磁場(chǎng)以響應(yīng)于實(shí)質(zhì)上圍繞所述顯象管的前部的周圍的所述電壓信號(hào)，并消除和屏蔽從所述陽(yáng)極產(chǎn)生的所述電磁場(chǎng)。結(jié)果，該電路可以較低成本應(yīng)用于多種尺寸的陰極射線管，由此提出生產(chǎn)效率。

　　3抑制干擾的技術(shù)

　　3.1專用線路

　　為了抑制儀器設(shè)備間的相互干擾，最簡(jiǎn)單的方法是采用分相供電制。即：在三線供電線路中認(rèn)定一相作為敏感設(shè)備的供電電源;一相作為外部設(shè)備的供電電源;再一相作為常用測(cè)試儀器或其它輔助設(shè)備的供電電源。這種措施常應(yīng)用在大型的醫(yī)療儀器設(shè)備供電系統(tǒng)。

　　值得注意的是在現(xiàn)代醫(yī)用電子儀器設(shè)備系統(tǒng)中，由于配電線路中非線性負(fù)載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線里不能相互抵消，反而疊加，因此過(guò)于遷細(xì)的中線會(huì)造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。

　　3.2瞬變干擾抑制器

　　3.2.1氣體放電管

　　俗稱避雷管。優(yōu)點(diǎn)是絕緣電阻高、寄生電容小、浪涌吸收能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是對(duì)浪涌電壓的響應(yīng)速度低。

　　3.2.2金屬氧化物壓敏電阻

　　壓敏電阻的主要參數(shù)是標(biāo)稱電壓和通流容量。在使用時(shí)，壓敏電阻的電壓選擇要考慮被保護(hù)線路可能有的波動(dòng)電壓，一般取1.2～1.4倍。如果是交流電路，還要注意電壓的有效值與峰值間的關(guān)系。例如220V時(shí)其壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)是220×1.4×1.4=430V。前者因壓敏電阻對(duì)瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能級(jí)，引線越長(zhǎng)感應(yīng)電壓越大，后者因壓敏電阻的固有電容。

　　3.2.3硅瞬變電壓吸收二極管

　　TVS管又叫瞬態(tài)電壓抑制電路。當(dāng)瞬態(tài)電壓保護(hù)二極管受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，以1×10-12s的速度，將其兩極間的高阻抗變成低阻抗，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)了電子線路的敏感元件。具體又分為單向和雙向兩種。主要參數(shù)是擊穿電壓、漏電流和電容。特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快、浪涌吸收能力高、瞬態(tài)功率大、漏電流小、箝位電壓易控制、沒(méi)有損傷極限和體積小等。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療儀器設(shè)備的靜電，電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓保護(hù)。

　　3.2.4固體放電管

　　固體放電管的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，吸收電流大、動(dòng)作電壓穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。其工作原理是：當(dāng)外界干擾低于觸發(fā)電壓時(shí)，放電管處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)干擾電壓超出觸發(fā)電壓時(shí)，放電管工作在負(fù)阻區(qū)。此時(shí)電流極大，使干擾能量轉(zhuǎn)移。隨著干擾的減少，通過(guò)放電管的電流回落，當(dāng)干擾電流低于維持電流時(shí)，放電管從低阻區(qū)回到高阻區(qū)，完成～次放電過(guò)程。

　　3.3電源線濾波器

　　電源線濾波器安裝在電源與電子設(shè)備之間，主要起抑制電能傳輸中寄生的電磁干擾，提高設(shè)備工作可靠性的作用。常用的由無(wú)源集中參數(shù)構(gòu)成的單級(jí)線路。如圖1所示。圖中Cx為差模電容，起衰減差模干擾的作用。在220V交流電源中取為幾十～幾百nF，耐壓250VAC。Cy為共模電容，起衰減共模干擾的作用。一般取1nf~4.7nf，耐壓3~6KVDC。L1、L2為共模電感，其電感量與通過(guò)電流的大小有關(guān)，對(duì)共模電流有很好的濾波效果。多個(gè)電感串聯(lián)起來(lái)：對(duì)于要求較高的濾波器，可以將一個(gè)大電感分解成一個(gè)較大的電感和若干電感量不同的小電感，將這些電感串聯(lián)起來(lái)，可以使電感的帶寬擴(kuò)展。但這付出的代價(jià)是體積和成本。另外要注意與電容并聯(lián)同樣的問(wèn)題，即引入了額外的串聯(lián)諧振點(diǎn)。諧振點(diǎn)上電感的阻抗很小。

　　提高濾波器性能的措施：一是使用帶地線電感的濾波器。這樣可以抑制地線上的干擾。二是采用多級(jí)濾波器。三是濾波器與吸收器件組合使用。四是使用新型軟磁材料。五是加接有耗元件。

　　3.4隔離變壓器

　　隔離變壓器的原理和普通變壓器的原理是一樣的。都是利用電磁感應(yīng)原理。隔離變壓器一般是指1：1的變壓器。由于次級(jí)不和地相連。次級(jí)任一根線與地之間沒(méi)有電位差。使用安全。常用作維修電源。

　　3.4.1普通隔離變壓器

　　普通隔離變壓器在初級(jí)與次級(jí)間不設(shè)屏蔽層，它是通過(guò)輸入與輸出間的電隔離，從而解決公共地的問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)共模干擾有一定的抑制作用，其大小可用初次級(jí)間的分布電容和設(shè)備對(duì)地分布電容的比值來(lái)估算。通常初次級(jí)間的分布電容為幾百Pf，設(shè)備對(duì)地分布電容為幾~幾十nF，因此共模干擾的衰減值在 10~20倍左右。缺點(diǎn)是對(duì)共模干擾的抑制效果因繞組間的分布電容隨頻率升高而下降。

　　3.4.2帶屏蔽層的隔離變壓器

　　在變壓器初次級(jí)間增設(shè)屏蔽層，并將屏蔽層可靠接地，既可獲得較好的抑制共模干擾，也可利用屏蔽層抑制差模干擾。具體做法是將變壓器屏蔽層接至初級(jí)的中線端。例如對(duì)50HZ工頻來(lái)說(shuō)，由于初級(jí)與屏蔽層構(gòu)成的容抗很高，仍可通過(guò)變壓器效應(yīng)傳遞到次級(jí)，而未被衰減。對(duì)頻率較高的共模干擾，由于初級(jí)與屏蔽層間容抗變小，使這部分干擾經(jīng)由分布電容及屏蔽層與初級(jí)中線端的連線直接返回電網(wǎng)，而進(jìn)入次級(jí)回路。

　　3.4.3超級(jí)隔離變壓器

　　隔離變壓器屬于安全電源，一般用來(lái)機(jī)器維修保養(yǎng)用起保護(hù)、防雷、濾波作用。 隔離變壓器是一種1/1的變壓器。初級(jí)單相220V，次級(jí)也是單相220V?；虺跫?jí)三相380V，次級(jí)也是三相380V。首先通常我們用的交流電源電壓一根線和大地相連，另一根線與大地之間有220V的電位差。人接觸會(huì)產(chǎn)生觸電。而隔離變壓器的次級(jí)不與大地相連，它的任意兩線與大地之間沒(méi)有電位差。人接觸任意一條線都不會(huì)發(fā)生觸電，這樣就比較安全。其次還有隔離變壓器的輸出端跟輸入端是完全“斷路”隔離的，這樣就有效的對(duì)變壓器的輸入端(電網(wǎng)供給的電源電壓)起到了一個(gè)良好的過(guò)濾的作用。從而給用電設(shè)備提供了純凈的電源電壓

　　3.5交流穩(wěn)壓器

　　由于市電供電壓因各種原因而不穩(wěn)定，特別是有些供電場(chǎng)所電壓波動(dòng)幅度很大，從而影響用電設(shè)備的正常工作，還可能造成用電設(shè)備損壞，而交流穩(wěn)壓器是一種能夠使用電設(shè)備的工作電壓基本穩(wěn)定的穩(wěn)壓設(shè)備。

　　交流穩(wěn)壓器的作用是在輸入電壓和負(fù)載電流變化時(shí)，把其輸出電壓穩(wěn)定在所允許的范圍內(nèi)。常用的有鐵磁諧振、參數(shù)調(diào)整型、伺服型、分級(jí)調(diào)整寬度、超級(jí)隔離、開(kāi)關(guān)型、不間斷和凈化等交流穩(wěn)壓電源。

　　3.5.1鐵磁諧振交流穩(wěn)壓電源

　　能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。又稱交流穩(wěn)壓器。有關(guān)交流穩(wěn)壓電源的參數(shù)及質(zhì)量指標(biāo)可參見(jiàn)直流穩(wěn)壓電源。各種電子設(shè)備要求有比較穩(wěn)定的交流電源供電，特別是當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域后，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要。

　　工作原理是靠改變電感的飽和程度，而使電感與電容諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。當(dāng)輸輸入電壓因某種因素過(guò)高或過(guò)低時(shí)，其輸出電壓可隨輸入電壓的高低通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、輸出阻抗高、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性較高。缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度不高、輸出電壓波形失真大、有相移和噪聲。不適宜啟動(dòng)電流大的負(fù)載。

　　3.5.2參數(shù)調(diào)整型交流穩(wěn)壓電源

　　典型的是早年的614系列穩(wěn)壓器。該電源是在614的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改進(jìn)，工作原理是利用可控硅的相位控制來(lái)改變電感的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)使輸出電壓穩(wěn)定不變。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓精度高，同第一種比較還可以抑制交流輸出電壓中的部分諧波。缺點(diǎn)是輸入側(cè)的電流諧波較大、功率因數(shù)較低、有相移。特別是帶非線性負(fù)載時(shí)可能有低頻振蕩現(xiàn)象。

　　3.5.3伺服型交流穩(wěn)壓電源

　　該電源就是早期的多抽頭自耦式調(diào)壓變壓器。工作原理是監(jiān)視變壓器輸出電壓的高低的辦法來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)改變變壓器輸出抽頭的位置，使輸出電壓在維持負(fù)載所允許的電壓范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是響應(yīng)速度低，調(diào)節(jié)時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多尖峰和振鈴干擾。

　　3.5.4分級(jí)調(diào)整的寬限交流穩(wěn)壓電源

　　該電源和伺服型交流穩(wěn)壓電源類似，所不同的是多抽頭自耦變壓器的抽頭位置是由繼電器轉(zhuǎn)換。由于該電源價(jià)格低廉，輸入電壓的適應(yīng)范圍較寬，應(yīng)用于家用電器的交流穩(wěn)壓。缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度不高，在繼電器轉(zhuǎn)換過(guò)程中易產(chǎn)生電火花所帶來(lái)的尖峰干擾。

　　3.5.5超級(jí)隔離變壓器

　　為了解決了現(xiàn)代電子儀器設(shè)備的小型化、數(shù)字化和低功耗化，對(duì)電網(wǎng)的瞬變干擾尤其敏感的問(wèn)題，對(duì)多抽頭的繞組的控制則采用了無(wú)觸點(diǎn)的雙向可控硅，數(shù)字電路或單片機(jī)。有時(shí)也稱為數(shù)控型凈化電源。優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)壓電源的電壓適應(yīng)范圍寬、對(duì)電網(wǎng)或負(fù)載變化的響應(yīng)速度快、對(duì)存在于電網(wǎng)中瞬變干擾抑制能力強(qiáng)。

　　3.5.6開(kāi)關(guān)型交流穩(wěn)壓電源

　　開(kāi)關(guān)型交流穩(wěn)壓電源采用了先進(jìn)的高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：小型、輕量、高效、響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：復(fù)雜、價(jià)格昂貴。

　　3.5.7不間斷電源

　　①電動(dòng)機(jī)一發(fā)動(dòng)機(jī)組主要由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的慣性飛輪和交流發(fā)電機(jī)組組成。當(dāng)電網(wǎng)電壓停電時(shí)，利用飛輪的慣性儲(chǔ)能，使發(fā)電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)供電;與此同時(shí)啟動(dòng)備用的柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)油機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速相同時(shí)，油機(jī)離合器與發(fā)電機(jī)相連，完成由市電到油機(jī)的轉(zhuǎn)換。它是較早發(fā)展的一種不間斷電源。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)：體積大、噪聲大。

　?、陟o態(tài)后備式電網(wǎng)正常時(shí)，靜態(tài)后備式不間斷電源處在旁通狀態(tài)，當(dāng)市電斷電時(shí)，才將靜態(tài)轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)切換到逆變器一側(cè)，經(jīng)過(guò)2~4ms后逆變器啟動(dòng)，將蓄電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換成交流電，輸給負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、小巧、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：輸出電壓直接受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，抗電網(wǎng)中的突變干擾能力差。

　?、垤o態(tài)在線式該電源的工作過(guò)程是市電先經(jīng)整流后對(duì)蓄電池充電，再由蓄電地給逆變器供電，經(jīng)逆變、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻后為負(fù)載供給交流電源。斷電時(shí)蓄電池不再充電，而逆變器供電的狀態(tài)不變，當(dāng)逆變器發(fā)生輸出過(guò)電壓、過(guò)電流或不間斷電源故障時(shí)逆變器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，并通過(guò)靜態(tài)轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到旁通位置，直接由市電給負(fù)載供電。優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)和擴(kuò)展能力強(qiáng)。該電源的容量較大，三相大功率的常用醫(yī)院電子計(jì)算機(jī)及監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

　　4在醫(yī)療儀器設(shè)備中的應(yīng)用

　　上述各種方法和抗干擾技術(shù)已廣泛應(yīng)用于心腦電圖機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷儀，電子脈沖治療儀針灸電療儀或銀針直接接觸人體等醫(yī)療診斷、治療儀器設(shè)備之中。

三、遙控器設(shè)計(jì)中的EMC解決方法

　　小家電控制板存在許多自身干擾源，對(duì)于這些干擾，其解決方法可以從以下方面人手來(lái)完成：

　　(1)在繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。

　　(2)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾千歐到幾十千歐，電容選0.01μF)，以減小電火花影響。

　　(3)在電路板上每個(gè)IC上并接一個(gè)0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響。但應(yīng)注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，而這會(huì)影響濾波效果。

　　(4)布線時(shí)應(yīng)避免90度折線，并盡量減少高頻噪聲發(fā)射。

　　(5)在可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(該噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿的)。

　　(6)注意晶振布線。晶振與芯片引腳應(yīng)應(yīng)盡量靠近，并用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)，晶振外殼要接地并固定。最好在能使用低速晶振的場(chǎng)合盡可能選用低速晶振。

　　(7)對(duì)電路板合理分區(qū)(如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào))。盡可能把干擾源(如電機(jī)、繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。

　　(8)交流端用電感電容濾波：去掉高頻低頻干擾脈沖，VCC和GND之問(wèn)接電解電容及瓷片電容，以去掉高、低頻干擾信號(hào)。

　　1.2控制板本身的傳導(dǎo)干擾

　　為防止控制板電路產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，可在電路的進(jìn)人口(即AC兩端)并接上一個(gè)電容C，圖1所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的電容抗擾電路連接圖。圖中的電容屬于安全電容，但必須在該電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻，以用于防止電源線拔插時(shí)電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。因?yàn)榘踩珮?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí)，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端所帶的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來(lái)電壓的30%。

　　該電容必須經(jīng)過(guò)安全檢測(cè)部門(mén)認(rèn)證過(guò)后才能使用。電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V或AC275V字樣，但其真正的直流耐壓應(yīng)達(dá)到2000V以上。而且在使用的時(shí)候，不要隨便用AC250V或DC400V之類的電容來(lái)代用。

　　抗擾電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜安全電容，這種電容體積一般都很大，其允許瞬間充放電的電流也很大，即內(nèi)阻比較小。而普通電容紋波電流的指標(biāo)一般都很小，動(dòng)態(tài)內(nèi)阻比較大，因此，用普通電容代替安全電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標(biāo)也是難以滿足要求的。

　　實(shí)際上，光靠用安全電容就想把傳導(dǎo)干擾信號(hào)完全濾除是不可能的。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十千赫芝到幾百兆赫芝甚至上千兆赫芝的頻率范圍。一般對(duì)低端干擾信號(hào)，其濾除需要很大容量的濾波電容，但受到安全條件的限制，電容的容量不能太大;而對(duì)高端干擾信號(hào)的濾除，大容量電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差，并且聚脂薄膜介質(zhì)的高頻響應(yīng)特性與陶瓷或云母相比相差很遠(yuǎn)，此外，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應(yīng)，因此它會(huì)降低電容器的工作頻率。聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1MHz左右，超過(guò)1MHz時(shí)其阻抗將顯著增加。

　　因此，抑制電子控制板本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾除了選用這種電容進(jìn)行濾波以外，一般還要同時(shí)選用多個(gè)電感濾波器一起組合來(lái)對(duì)干擾進(jìn)行濾波。電感濾波器屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多種類和無(wú)數(shù)種規(guī)格(例如差模、共模，以及高頻、低頻)等，每種電感主要都是針對(duì)某一小段頻率的干擾信號(hào)而起濾除作用，而對(duì)其它頻率的干擾信號(hào)的濾除作用不大。因?yàn)椋姼辛亢艽蟮碾姼?，其線圈匝數(shù)很多，分布電容也很大，高頻信號(hào)會(huì)通過(guò)分布電容旁路掉，另外，導(dǎo)磁率很高的磁芯，其工作頻率也不高。目前，國(guó)內(nèi)大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz以下，對(duì)于工作頻率要求比較高的場(chǎng)合，必須選用高頻環(huán)形磁芯，高頻環(huán)形磁芯導(dǎo)磁率一般都不高，但其漏感特別小。

　　小家電中的負(fù)載包括線性負(fù)載(如熱水器，等)和非線性負(fù)載(豆?jié){機(jī)，絞肉機(jī)等)。由于非線性負(fù)載為頻普極寬的干擾源。因此，對(duì)于以上干擾，特別是非線性負(fù)載的干擾，其抑制方法主要有兩種一是從非線性負(fù)載(如電機(jī))本身入手。因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)牟僮鹘佑|器的接觸不良炭刷不干凈等，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的干擾情況，為了減少干擾，就應(yīng)當(dāng)保證接觸器的接觸可靠、開(kāi)合動(dòng)作的正常和觸頭的壓力，而且還要保持炭刷和換向器的干凈，還應(yīng)保證炭刷本身的質(zhì)量和換向器的光潔度;同時(shí)還要保護(hù)炭刷對(duì)換向器有適當(dāng)?shù)膲毫?最后還要使機(jī)座的固定可靠，避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。其二則是采用必要的電氣濾波方式，其電路連接如圖2所示。

　　該電路的目的是為干擾電勢(shì)提供一個(gè)低阻抗的通路，以抑制干擾值。圖2中，C1為電感成分較小的電容，一般為幾十～幾百nF;C2選用穿心電容，一般為1～4.7nF。增加該電容的目的是為了抑制噪聲，但電容的安裝位置不同，以甚高頻段的干擾抑制效果會(huì)有很大變化，所以，安裝時(shí)要特別注意電容的接地外殼應(yīng)與電動(dòng)機(jī)座或金屬外殼的最短連接。同時(shí)應(yīng)在連線時(shí)使電容器的輸入、輸出部分的電磁耦合盡可能地減少。

　　此外，還有一組典型的△形干擾抑制器電路，可同時(shí)抑制對(duì)稱和不對(duì)稱干擾。其具體電路如圖3所示。

　　3線路干擾

　　線路干擾的干擾源主要來(lái)自外界電磁場(chǎng)在導(dǎo)線上感應(yīng)出的電壓，電源線上其它電器發(fā)射的和感性負(fù)載通斷造成的干擾，以及浪涌(雷擊)產(chǎn)生的干擾等。

　　3.1電磁場(chǎng)在電纜上的感應(yīng)

　　電磁場(chǎng)在導(dǎo)線中感應(yīng)出的電壓一般是共模電壓，而負(fù)載上的電壓則以系統(tǒng)中的公共導(dǎo)體或大地為參考點(diǎn)。一般以系統(tǒng)中的參考地線面為參考點(diǎn)。對(duì)于多芯電纜來(lái)說(shuō)，這意味著電纜中的所有導(dǎo)體都暴露在同一個(gè)場(chǎng)中，它們上面所感應(yīng)的電壓取決于每根導(dǎo)體與參考點(diǎn)之間的阻抗。抑制干擾的方法可以使用共模移值法，其原理圖如圖4所示

　　圖4中共模扼流圈的特殊繞制方法決定了它僅對(duì)共模電流有抑制作用，而對(duì)電路工作所需要的差模電流沒(méi)有影響。因此，共模扼流圈是解決共模干擾的理想器件。理想的共模扼流圈的低頻共模抑制作用較小，而隨著頻率的升高，抑制效果增加。這與平衡電路低頻共模抑制比高，隨著頻率升高平衡性變差，共模抑制比降低的特性正好相反，因此它們具有互補(bǔ)性。所以，在平衡電路中使用共模扼流圈后，電路可在較寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的共模抑制比。

　　3.2浪涌干擾

　　浪涌是指電源電壓和電流的變動(dòng)，負(fù)載開(kāi)關(guān)的閉合、自然界的雷擊都可能引起浪涌，且其危害較大，有時(shí)可能引起振蕩甚至燒壞整個(gè)系統(tǒng)。

　　家用電器一般不會(huì)直接受到雷電的干擾，大多是通過(guò)傳導(dǎo)線路中的感應(yīng)電流或電壓引起的騷擾。良好的接地是解決這一干擾的有效手段。

　　防止浪涌干擾的常用器件有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻(MOVS)和硅瞬變吸收二級(jí)管(TVS)。圖5所示是采用TVS的浪涌抑制電路。

四、開(kāi)關(guān)電源的變壓器EMC設(shè)計(jì)

??????? 對(duì)于帶變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，變壓器的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的EMC水平影響較大。本文以一款反激式開(kāi)關(guān)電源為例，闡述了其傳導(dǎo)共模干擾的產(chǎn)生、傳播機(jī)理。根據(jù)噪聲活躍節(jié)點(diǎn)平衡的思想，提出了一種新的變壓器EMC設(shè)計(jì)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，該方法對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)的抑制能力更強(qiáng)，且能降低變壓器的制作成本和工藝復(fù)雜程度。本方法同樣適用于其他形式的帶變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源。

　　隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源高功率體積比和高效率的特性使得其在現(xiàn)代軍事、工業(yè)和商業(yè)等各級(jí)別的儀器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并且隨著時(shí)鐘頻率的不斷提高，設(shè)備的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。EMC設(shè)計(jì)已成為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

　　傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)噪聲的抑制必須在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期就加以考慮。通常情況下，加裝電源線濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施l1l。但是，僅僅依靠電源輸入端的濾波器來(lái)抑制干擾往往會(huì)導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加；電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。電路中的其他部分如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)也可以完成與濾波器相似的工作。本文提出了變壓器的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)相位干燥繞法，這種設(shè)計(jì)方法不僅能減少電源線濾波器的體積，還能降低成本。

　　1 反激式開(kāi)關(guān)電源的共模傳導(dǎo)干擾

　　電子設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲干擾指的是：設(shè)備在與供電電網(wǎng)連接工作時(shí)以噪聲電流的形式通過(guò)電源線傳導(dǎo)到公共電網(wǎng)環(huán)境中去的電磁干擾。傳導(dǎo)干擾分為共模干擾與差模干擾兩種。共模干擾電流在零線與相線上的相位相等；差模干擾電流在零線與相線上的相位相反。差模干擾對(duì)總體傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較小，且主要集中在噪聲頻譜低頻端，較容易抑制；共模干擾對(duì)傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較大，且主要處在噪聲頻譜的中頻和高頻頻段。對(duì)共模傳導(dǎo)干擾的抑制是電子設(shè)備傳導(dǎo)EMC設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，也是最主要的任務(wù)。

　　反激式開(kāi)關(guān)電源的電路中存在一些電壓劇變的節(jié)點(diǎn)。和電路中其他電勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)不同，這些節(jié)點(diǎn)的電壓包含高強(qiáng)度的高頻成分[2]。這些電壓變化十分活躍的節(jié)點(diǎn)稱為噪聲活躍節(jié)點(diǎn)。噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)電源電路中的共模傳導(dǎo)干擾源，它作用于電路中的對(duì)地雜散電容就產(chǎn)生共模噪聲電流M 。而電路中對(duì)EMI影響較大的對(duì)地雜散電容有：功率開(kāi)關(guān)管的漏極對(duì)地的寄生電容C 變壓器的主邊繞組對(duì)副邊繞組的寄生電容Cp ；變壓器的副邊回路對(duì)地的寄生電容C 變壓器主、副邊繞組對(duì)磁芯的寄生電容C。 、C 以及變壓器磁芯對(duì)地的寄生電容C? 這些寄生電容在電路中的分布如圖1所示。

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　　圖l中的共模電流， 在電路中的耦合途徑主要有3條：從噪聲源—— 功率開(kāi)關(guān)管的d極通過(guò)C耦合到地；從噪聲源通過(guò)c。 耦合到變壓器次級(jí)電路，再通過(guò)C 耦合到地；從變壓器的前、次級(jí)線圈通過(guò)C?C 耦合到變壓器磁芯，再通過(guò)C 耦合到地。這3種電流是構(gòu)成共模噪聲電流(圖1中的黑色箭頭所示)的主要因素。共模電流通過(guò)電源線輸入端的地線回流，從而被LISN取樣測(cè)量得到。

　　2 隔離變壓器的EMC設(shè)計(jì)

　　2．1 傳統(tǒng)變壓器EMC設(shè)計(jì)

　　共模噪聲的耦合除了通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管d極對(duì)地這條途徑外，開(kāi)關(guān)管d極的噪聲電壓通過(guò)變壓器的寄生電容將噪聲電流耦合到變壓器副邊繞組所在的回路，再通過(guò)次級(jí)回路對(duì)地的寄生電容耦合到地也是共模電流產(chǎn)生的途徑。因此設(shè)法減小從變壓器主邊繞組傳遞到副邊繞組間的共模電流是一種有效的EMC設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的變壓器EMC設(shè)計(jì)方法是在兩繞組間添加隔離層[3]，如圖2所示。

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　　金屬隔離層直接連接地線的設(shè)計(jì)會(huì)增大共模噪聲電流，使EMC性能變差。隔離層應(yīng)該是電路中電位穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)，比如將圖2中的隔離層連接到電路前級(jí)的負(fù)極就是一個(gè)很好的接法。這樣的連接能把原本流向大地的共模電流有效分流，從而大大降低電源線的傳導(dǎo)噪聲發(fā)射水平。

　　2．2 節(jié)點(diǎn)相位平衡法

　　在電路中，噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)并不是單一的。以本文分析的電路為例：除功率開(kāi)關(guān)管的d極外，變壓器前級(jí)繞組的另一端U 也是一個(gè)噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)，而且節(jié)點(diǎn)電壓的變化方向與場(chǎng)管的d極電壓情況相反。所以變壓器次級(jí)繞組的兩端是相位相反的噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)。圖3所示的是采用節(jié)點(diǎn)相位平衡法后，變壓器骨架上的線圈分布情況。

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　　變壓器骨架最內(nèi)層是前級(jí)繞組線圈的一半，與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連；中間層的線圈是次級(jí)繞組；最外層是前級(jí)繞組的另一半，與節(jié)點(diǎn)U． 相連。由于噪聲電流主要通過(guò)前后級(jí)線圈層之間的寄生電容耦合，把前、后級(jí)線圈方向相反的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)成對(duì)地繞在內(nèi)外層相對(duì)位置就能使大部分的噪聲電流相互抵消，大大降低了最終耦合到次級(jí)的噪聲電流的強(qiáng)度。

　　本文討論的電路中還存在前級(jí)電路和次級(jí)電路的輔助電源，它們也是由繞在變壓器上的獨(dú)立線圈提供能量的。這兩級(jí)輔助線圈的存在給噪聲電流的傳播提供了額外的途徑。輔助線圈是為了控制電路的供電設(shè)計(jì)的。盡管控制電路本身的功率很小，但它們的存在卻增大了電路對(duì)地的寄生電容，從而分擔(dān)了一部分把共模噪聲從活躍節(jié)點(diǎn)耦合到地的工作。然而把這些繞組夾在前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組中間就能增大前后級(jí)繞組的距離，從而它們的層間寄生電容就減小了，噪聲電流就能相應(yīng)減小。因此，變壓器繞制的最終方法應(yīng)如圖4所示。從內(nèi)到外的線圈繞組依次是：前級(jí)繞組的一半、輔助繞組的一半、后級(jí)繞組、輔助繞組的另一半和前級(jí)繞組的另一半。

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　　3 實(shí)驗(yàn)部分

　　變壓器改進(jìn)繞法對(duì)開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)EMC性能提高的有效性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

　　3．1 實(shí)驗(yàn)方法

　　實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)[43中的電壓法進(jìn)行。頻段范圍為0．15～30 MHz；頻譜分析儀的檢波方式為準(zhǔn)峰值檢波；測(cè)量帶寬為9 kHz；頻譜橫軸(頻率)取對(duì)數(shù)形式；噪聲信號(hào)的單位為dB／~Vl5j

　　3．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖5為變壓器設(shè)計(jì)改進(jìn)前后實(shí)驗(yàn)樣品的傳導(dǎo)噪聲頻譜對(duì)比。

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　　圖5中的上下兩條平行折線分別為國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(簡(jiǎn)稱CISPR)頒布的CISPR22標(biāo)準(zhǔn)中b級(jí)要求的準(zhǔn)峰值檢波限值和平均值檢波限值；而曲線為開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)噪聲頻譜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：與傳統(tǒng)方法相比，新方法有著更出色的對(duì)共模噪聲電流的抑制能力，尤其在中頻1～ 5MHz的頻段。在較低頻段，電源線上的傳導(dǎo)干擾主要是差模電流引起的；而在中高頻段，共模電流起主要作用。而本文提出的方法對(duì)共模電流的抑制較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)和理論是相符合的。在10 MHz以上的頻段，主要由電路中的其他寄生參數(shù)決定EMC性能，與變壓器關(guān)系不大。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是電路中的共模噪聲源。要降低開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平，實(shí)際上是減小共模電流強(qiáng)度、增大噪聲源的對(duì)地阻抗。在傳統(tǒng)的隔離式EMC設(shè)計(jì)中，隔離層連接到電路中電位穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)上(如：變壓器前級(jí)的負(fù)極)要比直接連到地線對(duì)EMI干擾的抑制更有效。

　　開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)通常都是成對(duì)存在的，這些成對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的相位相反，利用這一特點(diǎn)活躍節(jié)點(diǎn)相位平衡繞法對(duì)EMI抑制的有效性高于傳統(tǒng)的隔離式設(shè)計(jì)。由于不需要添加隔離金屬層，變壓器的體積與成本都能被有效減小或降低。
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